Qos trong mạng chuyển mạch burst quang

§å ¸n tèt nghiÖp Giáo viên hướng dẫn : TS. BÙI TRUNG HIẾU Sinh viên thực hiện : NGUYỄN KIM TUYẾN §Ò tµi Néi dung chÝnh KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH QUANG SỬ DỤNG MPLS TRONG OBS QoS TRONG MẠNG OBS KHẢO SÁT QoS TRONG CÁC MẠNG OBS KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH QUANG CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH QUANG KIẾN TRÚC CHUYỂN MẠCH BURST QUANG CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH BURST QUANG KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH QUANG CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH QUANG : Chuyển mạch kênh quang (OCS) Chuyển mạch gói quang (OPS) Chuyển mạch burst quang (OBS) CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH QUANG Nguyên lý : Thiết lập và duy trì kết nối giữa nguồn và đích Nhược điểm : Hiệu quả sử dụng đường dẫn thấp Không phù hợp với các mạng dữ liệu CHUYỂN MẠCH KÊNH QUANG (OCS) : CHUYỂN MẠCH GÓI QUANG (OPS) 1 2 1 2 1 2 Gói IP Mào đầu gói Mào đầu mới CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH QUANG CHUYỂN MẠCH BURST QUANG (OBS) 2 1 2 1 Burst dữ liệu Burst điều khiển 2 1 Tách biệt giữa kênh điều khiển và kênh dữ liệu. Burst là chuỗi các gói có cùng địa chỉ nguồn và đích và có các đặc tính giống nhau. Thiết lập kết nối giành trước tài nguyên theo một hướng cho burst. CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH QUANG Độ dài của burst thay đổi được. Không cần bộ đệm quang. CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH QUANG Ưu điểm của OBS so với OCS và OPS : Hiệu quả sử dụng băng thông lớn Khả năng thích ứng cao với lưu lượng và lỗi Mào đầu nhỏ Yêu cầu đồng bộ giữa CB và DB linh hoạt hơn Độ trễ nhỏ   KIẾN TRÚC OBS Lưu lượng đầu vào Router lõi Router biên Lưu lượng đầu ra Mô hình mạng OBS : KIẾN TRÚC OBS Kiến trúc của Router biên : Bộ tập hợp burst Bộ phân giải burst Router biên đầu ra Router biên đầu vào Kênh dữ liệu Kênh dữ liệu Kênh điều khiển KIẾN TRÚC OBS Kiến trúc của Router lõi : CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH BURST Các sơ đồ tập hợp burst Giao thức báo hiệu JET Các thuật toán lập lịch burst Các giải pháp khắc phục tranh chấp burst CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH BURST Các sơ đồ tập hợp burst : Dựa trên ngưỡng : burst được tạo ra khi tổng kích thước đạt đến giá trị ngưỡng L. Dựa trên thời gian : các gói được tập hợp thành 1 burst khi thời gian vượt quá giá trị ngưỡng T. Kết hợp giữa ngưỡng và thời gian : burst được tạo ra khi kích thước burst vượt quá ngưỡng yêu cầu hoặc thời gian yêu cầu. CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH BURST Giao thức báo hiệu JET : Là giao thức dùng để yêu cầu cho việc giành trước tài nguyên cho burst . Là loại giao thức giành trước một hướng. T0 : thời gian cân bằng ban đầu δ : Trễ xử lý của mỗi nút Đích Nút i Nguồn CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH BURST Các thuật toán lập lịch burst : FFUC : LAUC : LAUC – VF : CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH BURST Vấn đề tranh chấp trong chuyển mạch burst : Khi có nhiều hơn một burst muốn chiếm giữ đồng thời cùng một bước sóng ở cùng một cổng đầu ra trong cùng một thời điểm . 1 1 1 2 3 4 1 2 3 4 Các giải pháp khắc phục tranh chấp burst : Dùng bộ đệm FDL Dùng bộ chuyển đổi bước sóng Định tuyến lệch CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH BURST Dùng bộ đệm FDL 1 1 1 2 3 4 1 2 3 4 CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH BURST Dùng bộ đệm FDL 1 2 3 4 1 2 3 4 CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH BURST Dùng bộ đệm FDL 1 1 1 2 3 4 1 2 3 4 CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH BURST Dùng bộ chuyển đổi bước sóng 1 1 2 1 2 1 CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH BURST Dùng bộ chuyển đổi bước sóng 1 2 1 2 1 1 CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH BURST Dùng bộ chuyển đổi bước sóng 1 2 1 2 CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH BURST Dùng bộ chuyển đổi bước sóng 1 2 1 2 1 1 CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH BURST Định tuyến lệch Khi có sự tranh chấp giữa 2 burst, một burst được định tuyến đến cổng đầu ra yêu cầu, burst thứ hai được định tuyến đến cổng ra bất kì nào rỗi. Burst định tuyến lệch có thể đi qua chặng đường dài hơn để đến đích. Trễ end-to-end tăng. Thứ tự đến đích của các burst có thể sai lệch. SỬ DỤNG MPLS TRONG OBS Truyền tải burst qua WDM sử dụng MPLS Router IP Các kêt nối chéo quang L3 L2 L1 S2 S1 M2 M1 Lưu lượng IP ra Router IP Lưu lượng IP vào Lx, Mx, Sx : Các nhãn MPLS Chuyển đổi nhãn : L1, L2 → M1 L3 → M2 Router IP đầu vào Router IP đầu ra Offset O/E Bộ lập lịch bước sóng E/O Chuyển đổi nhãn Nút vào Burst dữ liệu Gói điều khiển Các kêt nối chéo quang Yêu cầu đặt trước bước sóng đã được lựa chọn Giao diện ra đã lựa chọn Nút ra Lớp MAC tại router đầu vào : Tập hợp các gói IP thành các burst. Tạo gói điều khiển. Gửi burst vào lớp quang. Lớp MAC tại router đầu ra : phân giải các khung và tách các gói IP. Giao diện của lớp MAC Bộ kết hợp burst Hàng đợi burst Bộ lập lịch burst Đặt khung Bộ phát Offset Bộ phát gói điều khiển Chuyển đổi nhãn, đặt trước… Gỡ khung Lớp IP Lớp MAC Lớp quang Dịch vụ chuyển tải tin cậy Các burst dữ liệu Các gói điều khiển Đường dẫn dễ có va chạm Nút trung gian Các gói IP SỬ DỤNG MPLS TRONG OBS QoS TRONG MẠNG OBS GIAO THỨC BÁO HIỆU HỖ TRỢ QoS NÚT CHUYỂN MẠCH QUANG FDL VÀ HÀNG ĐỢI GIAO THỨC BÁO HIỆU HỖ TRỢ QoS Giao thức JET không hỗ trợ QoS. Cần có giao thức mới để hỗ trợ QoS trong OBS : giao thức PJET. Burst ưu tiên cao được gán thêm thời gian cân bằng bổ sung : Toffset = To + Tadd (Tadd > To và Tadd > Lmax(0) ) GIAO THỨC BÁO HIỆU HỖ TRỢ QoS tai , tsi : thời gian đến và thời gian bắt đầu dịch vụ của req(i),i = 0,1. li : chiều dài burst lớp i. req(1) đến trước: req(1) sẽ thành công req(0) bị nghẽn nếu ta0ts1 hoặc nếu ta0 lmax(0) nên req(1) sẽ không bị nghẽn. NÚT CHUYỂN MẠCH QUANG Cấu trúc nút chuyển mạch quang : Khối điều khiển điện L.kxL.k 1 2 L 1 2 k 1 2 L Các tín hiệu điều khiển Bộ chuyển đổi Mux Bộ chuyển đổi Bộ đệm FDL Cơ cấu chuyển mạch Demux FDL VÀ HÀNG ĐỢI Hàng đợi lưu trữ bất kì burst nào mà không quan tâm đến thời gian nghẽn. FDL lưu trữ burst khi thời gian nghẽn của burst nhỏ hơn B. Thời gian FDL trở nên rỗi khác với hàng đợi. (a) (b) (c) Thời gian nghẽn Hàng đợi rỗi FDL rỗi FDL rỗi I II III Thời gian Thời gian rỗi của FDL phụ thuộc vào chiều dài của burst, có thể trễ hơn hoặc sớm hơn so với hàng đợi. KHẢO SÁT QoS TRONG CÁC MẠNG OBS KHẢO SÁT CÁC BIÊN CỦA XÁC SUẤT MẤT BURST MÔ HÌNH YOO KHẢO SÁT CÁC BIÊN CỦA XÁC SUẤT MẤT BURST Phân tích : Biên trên và biên dưới của OBS không lớp : (1) (2) Trong đó : k : số bước sóng ρ : mật độ lưu lượng r = ρ.k D: số lượng các burst lớn nhất trong chuyển mạch. Biên trên và biên dưới của OBS ưu tiên : KHẢO SÁT CÁC BIÊN CỦA XÁC SUẤT MẤT BURST Biên trên của lớp 1 và lớp 0 : (3) (4) Biên dưới của lớp 1 và lớp 0 : (5) (6) Trong đó : Kết quả : KHẢO SÁT CÁC BIÊN CỦA XÁC SUẤT MẤT BURST Khảo sát các biên của xác suất mất burst theo B Các tham số : Số bước sóng : k = 4 Số lượng FDL : N = 4 Mật độ lưu lượng : 0.8 Nhận xét : Các biên của xác suất mất burst không phụ thuộc vào B. KHẢO SÁT CÁC BIÊN CỦA XÁC SUẤT MẤT BURST Khảo sát các biên của xác suất mất burst theo N Các tham số : Số bước sóng : k = 4 Mật độ lưu lượng : 0.8 Nhận xét : Các biên của lớp 1 có xác suất mất burst thấp nhất,và các biên của lớp 0 có xác suất mất burst cao nhất. Biên dưới của các lớp giảm khi tăng N. Biên trên của các lớp không phụ thuộc vào N. KHẢO SÁT CÁC BIÊN CỦA XÁC SUẤT MẤT BURST Khảo sát các biên của xác suất mất burst theo k Các tham số : Mật độ lưu lượng : 0.8 Nhận xét : Số lượng FDL : N = 4 Khi tăng k thì các biên dưới giảm rất nhanh. Biên trên của các lớp giảm khi tăng k nhưng giảm rất ít. KHẢO SÁT CÁC BIÊN CỦA XÁC SUẤT MẤT BURST Khảo sát các biên của xác suất mất burst theo mật độ lưu lượng : Các tham số : Số lượng FDL : N = 4 Số bước sóng : k = 4 Nhận xét : Các biên dưới sẽ tăng lên đáng kể khi mật độ lưu lượng tăng. MÔ HÌNH YOO Mô hình Yoo theo B : Các tham số : Số bước sóng : k = 4 Số lượng FDL : N = 2 Mật độ lưu lượng : 0.8 Thời gian cân bằng bổ sung : t01 = 3L + B Nhận xét : Xác suất mất burst thực hiện bởi mô phỏng nằm bên trong các biên khi B nhỏ (<3L). Xác suất mất burst của mỗi lớp là cao nhất khi B = 0. Xác suất mất burst thấp hơn khi lớp có độ ưu tiên cao. Khi B càng tăng thì xác suất mất burst tiến gần và vượt ra ngoài các biên dưới. MÔ HÌNH YOO Mô hình Yoo trễ hàng đợi : Các tham số : Số bước sóng : k = 4 Số lượng FDL : N = 2 Mật độ lưu lượng : 0.8 Thời gian cân bằng bổ sung : t01 = 3L + B Nhận xét : Các lớp ưu tiên cao thì trễ hàng đợi thấp hơn. Các lớp ưu tiên cao không phụ thuộc nhiều vào việc sử dụng các FDL dài do xác suất nghẽn thấp. MÔ HÌNH YOO Mô hình Yoo theo các mảng FDL : Các tham số : Số bước sóng : k = 4 Thời gian trễ lớn nhất : B = 5L Mật độ lưu lượng : 0.8 Thời gian cân bằng bổ sung : t01 = 5L Nhận xét : Xác suất mất burst của lớp 0 và không lớp không được cải thiện nhiều khi tăng d. Xác suất mất burst của các lớp đều giảm đến giá trị nhỏ nhất khi d = 12 do B giữ cố định. Số FDL tăng (d tăng) mà không tăng B thì không cải thiện nhiều xác suất mất burst. Xác suất mất burst của lớp 1 giảm đáng kể khi tăng d. MÔ HÌNH YOO Mô hình Yoo theo số lượng bước sóng k : Các tham số : Mật độ lưu lượng : 0.8 Số lượng FDL : N = 4 Nhận xét : Khi tăng k, tỷ lệ xác suất mất burst của lớp 1 và không lớp sẽ tăng lên đáng kể. Xác suất mất burst của lớp 0 và không lớp cải thiện không đáng kể khi tăng k. MÔ HÌNH YOO Đánh giá chung Để cải thiện QoS trong mạng OBS cần : tăng B, tăng N, giảm ρ, tăng k. Tăng k là biện pháp tốt nhất để cải thiện QoS vì không làm tăng trễ hàng đợi và xác suất mất burst giảm rất nhanh. Cần tăng cả d và B nếu muốn cải thiện QoS của OBS. Tuy nhiên, khi tăng B thì trễ hàng đợi cũng tăng theo. N ảnh hưởng rất ít đến các lớp ưu tiên thấp. KẾT LUẬN Tìm hiểu các kỹ thuật chuyển mạch quang, trọng tâm là chuyển mạch gói quang và chuyển mạch burst quang. Tìm hiểu cấu trúc và hoạt động của kỹ thuật chuyển mạch burst quang. Khảo sát các tham số ảnh hưởng đến QoS trong mạng OBS. Đưa ra các hướng để giúp cải thiện QoS trong mạng chuyển mạch burst quang. LỜI KẾT  Xin chân thành cám ơn!